JP2011174451A - タービン - Google Patents

Abstract

【課題】漏洩流量をより低減化した高性能なタービンを提供する。
【解決手段】ハブシュラウド４１に、シールフィン１５を環状溝３３の底面３３ａに向かって立設し、シールフィン１５の先端と環状溝３３の底面３３ａとの間に微小隙間Ｈを形成したタービンであって、シールフィン１５のうち、ハブシュラウド４１の前縁側に配置された第１シールフィン１５ａと、ハブシュラウド４１の前縁４１ａとの間の軸方向距離をＬとし、ハブシュラウド４１の前縁４１ａと、環状溝３３の内側面３３ｂとの間の軸方向距離をＢｕとしたとき、第１シールフィン１５ａは、Ｌ／Ｂｕ＜０．３を満たすように配置されている。
【選択図】図４

Description

この発明は、例えば、発電プラント、化学プラント、ガスプラント、製鉄所、船舶等に用いられるタービンに関するものである。

従来から、蒸気タービンの一種として、ケーシングと、ケーシングの内部に回転自在に設けられた軸体（ロータ）と、ケーシングの内周部に固定配置された静翼と、この静翼の下流側において軸体に放射状に設けられた動翼とを複数段備えたものが知られている。このような蒸気タービンのうち衝動タービンの場合は、蒸気の圧力エネルギーを静翼によって速度エネルギーに変換し、この速度エネルギーを動翼によって回転エネルギー（機械エネルギー）に変換している。また、反動タービンの場合は、動翼内でも圧力エネルギーが速度エネルギーに変換され、蒸気が噴出する反動力により回転エネルギー（機械エネルギー）に変換される。

この種の蒸気タービンでは、動翼の先端部と、動翼を囲繞して蒸気の流路を形成するケーシングとの間に径方向の隙間が形成されていると共に、静翼の先端部と軸体との間にも径方向の隙間が形成されている場合が多い。

しかしながら、動翼先端部の隙間を下流側に通過する漏洩蒸気は、動翼に対して回転力を付与しない。また、静翼先端部の隙間を下流側に通過する漏洩蒸気は、静翼によって圧力エネルギーを速度エネルギーに変換しない。このため、下流動翼に対して回転力をほとんど付与しない。したがって、蒸気タービンの性能向上のためには、前記隙間を通過する漏洩蒸気の量を低減することが重要となる。

ここで、動翼の先端部に、軸方向上流側から下流側に向かって高さが漸次高くなるステップ部を設け、ケーシングに、ステップ部に対して隙間を有するシールフィンを設けた構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
このように構成することで、シールフィンの隙間を通り抜けた漏れ流れがステップ部の段差面を形成する端縁部（エッジ部）に衝突し、流動抵抗を増大させることができる。このため、ケーシングと動翼の先端部との隙間を通過する漏洩流量が低減される。

特開２００６−２９１９６７号公報

ところで、さらなる蒸気タービンの低コスト化、高性能化の要望に応えるべく、例えば静翼と動翼の段数を減少し、１段当たりの負荷を増大することが考えられている。このような場合、１段当たりの圧力比が大きくなるので、シールフィンを通過する漏洩流量が増大し、蒸気タービンの性能が低下してしまうという課題がある。

そこで、この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、漏洩流量をより低減化した高性能なタービンを提供するものである。

上記の課題を解決するために、本発明に係るタービンは、ブレードと、前記ブレードの周囲を取り囲むように形成され、前記ブレードに対して相対回転する構造体とを備え、前記構造体の前記ブレードの先端に対応する位置に、前記ブレードの先端との間の隙間を確保する環状溝を形成すると共に、前記ブレードの先端に、少なくとも１つのシールフィンを前記環状溝の底面に向かって立設し、前記シールフィンの先端と前記環状溝の底面との間に径方向の微小隙間を形成したタービンであって、前記シールフィンのうち、前記ブレードの上流端側に配置された上流端側シールフィンと前記ブレードの上流端との間の軸方向距離をＬとし、前記ブレードの上流端と前記環状溝の上流側の内側面との間の軸方向距離をＢｕとしたとき、前記上流端側シールフィンは、
Ｌ／Ｂｕ≦０．１・・（１）
を満たすように配置されていることを特徴とする。

このように構成することで、ブレードを通過する主流の流体の一部がブレードに衝突し、環状溝内に流入する流体は、上流端側シールフィンの先端から環状溝の底面に向かう方向（ダウンフロー、径方向内側に向いた流れ）に回る第１主渦を形成する。この第１主渦が、シールフィンの先端と環状溝の底面との間に形成された微小隙間を通過する流体の縮流効果を奏する。このため、漏洩流量を低減することができる。

ここで、上流端側シールフィンを式（１）を満たすように配置することにより、上流端側シールフィンの先端と環状溝の底面との間の微小隙間に、確実に上流端側シールフィンの先端から環状溝の底面に向かう流れが生じる第１主渦を形成することができる。
式（１）を満足しない位置に上流端側シールフィンを配置してしまうと、第１主渦の一部が剥離し、この第１主渦の回転方向とは反対方向に回る剥離渦が第１主渦と上流端側シールフィンとの間に形成される。このため、上流端側シールフィンの先端と環状溝の底面との間の微小隙間に環状溝の底面から上流端側シールフィンの基端側に向かう流れ（アップフロー、径方向外側に向いた流れ）が生じ、この微小隙間を通過する流体の縮流効果を得られなくなる虞がある。

本発明に係るタービンは、前記ブレードの上流端と面一になるように、前記上流端側シールフィンを配置したことを特徴とする。

このように構成することで、第１主渦を効率よく利用して上流端側シールフィンの先端と環状溝の底面との間の微小隙間に上流端側シールフィンの先端から環状溝の底面に向かう流れを生じさせることができる。このため、より確実に微小隙間を通過する流体の縮流効果を奏することが可能になる。

本発明に係るタービンは、前記環状溝には、前記ブレードの上流端に対応する位置に小環状溝が形成されていることを特徴とする。

このように構成することで、第１主渦の旋回中心を微小隙間に近づけることができ、この分、第１主渦の径方向速度の強い部分を利用して微小隙間により強い上流端側シールフィンの先端から環状溝の底面に向かう流れを生じさせることができる。このため、さらに確実に微小隙間を通過する流体の縮流効果を奏することが可能になる。

本発明に係るタービンは、前記ブレードの先端には、前記シールフィンが複数設けられ、前記環状溝には、前記ブレードの上流端から下流側に向かってステップ部が設けられ、前記ステップ部は、少なくとも１つの段差により下流側に向かうに従って漸次高さが低くなるように形成されていると共に、前記段差に形成される下流側エッジ部が隣接するシールフィン間に位置するように形成されていることを特徴とする。

ここで、上流端側シールフィンの先端と環状溝の底面との間の微小隙間を通過した流体は、上流端側シールフィンの１つ下流側に存在する第２シールフィンに衝突し、この第２シールフィンと上流端側シールフィンとの間に形成されるキャビティ内に第２主渦を形成する。この第２主渦の回転方向は、第１主渦の回転方向とは反対方向に回るので、第２シールフィンと環状溝の底面との間の微小隙間に環状溝の底面からシールフィンの基端側に向かう流れが生じてしまう。

しかしながら、環状溝に、下流側に向かうに従って漸次高さが低くなるステップ部を設けることにより、段差面において第２主渦から一部の流れが剥離し、第２主渦の回転方向とは反対方向に回る剥離渦が形成される。この剥離渦によって第２シールフィンと環状溝の底面との間の微小隙間にシールフィンの先端から環状溝の底面に向かう流れを生じさせることができ、さらに漏洩流量を低減することが可能になる。

本発明に係るタービンは、前記環状溝には、前記上流端側シールフィンよりも下流側に位置するシールフィンのうち、少なくとも何れかのシールフィンに対応する位置に、前記小環状溝が形成されていることを特徴とする。

このように構成することで、第２シールフィン以降の小環状溝に形成される渦の旋回中心を、対応する微小隙間に近づけることができる。このため、この微小隙間のシールフィンの先端から環状溝の底面に向かう流れを大きくすることができ、より確実に漏洩流量を低減することが可能になる。

本発明によれば、上流端側シールフィンの先端から環状溝の底面に向かう方向に流れる第１主渦を形成することができる。このため、この第１主渦によって、シールフィンの先端と環状溝の底面との間に形成された微小隙間を通過する流体が縮流され、漏洩流量を低減することができる。

本発明の第一実施形態における蒸気タービンを示す概略構成断面図である。 図１のＡ部拡大図である。 本発明の第一実施形態におけるシールフィンの作用説明図である。 本発明の第一実施形態におけるハブシュラウドとシールフィンとの相対位置関係を示す説明図である。 本発明の第一実施形態におけるリーク流量の低減率の変化を示すグラフである。 本発明の第二実施形態を説明するための説明図であって、図１のＡ部拡大図に対応している図である。 本発明の第二実施形態におけるリーク流量の低減率の変化を示すグラフである。 本発明の第三実施形態を説明するための説明図であって、図１のＡ部拡大図に対応している図である。 本発明の第四実施形態を説明するための説明図であって、図１のＡ部拡大図に対応している図である。 図１のＢ部拡大図である。

（第一実施形態）
（蒸気タービン）
次に、この発明の第一実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る蒸気タービン１を示す概略構成断面図である。
蒸気タービン１は、ケーシング１０と、ケーシング１０に流入する蒸気Ｊの量と圧力を調整する調整弁２０と、ケーシング１０の内方に回転自在に設けられ、動力を不図示の発電機等の機械に伝達する軸体（ロータ）３０と、ケーシング１０に保持された静翼４０と、軸体３０に設けられた動翼５０と、軸体３０を軸回りに回転可能に支持する軸受部６０とを主たる構成としている。

ケーシング１０は、内部空間が気密に封止されているとともに、蒸気Ｊの流路とされている。このケーシング１０の内壁面には、軸体３０が挿通されたリング状の仕切板外輪１１が強固に固定されている。

調整弁２０は、ケーシング１０の内部に複数個取り付けられている。調整弁２０は、それぞれ不図示のボイラから蒸気Ｊが流入する調整弁室２１と、弁体２２と、弁座２３とを備えている。そして、弁体２２が弁座２３から離れると蒸気流路が開き、蒸気室２４を介して蒸気Ｊがケーシング１０の内部空間に流入するようになっている。

軸体３０は、軸本体３１と、この軸本体３１の外周から径方向に延出した複数のディスク３２とを備えている。この軸体３０は、不図示の発電機等の機械に回転エネルギーを伝達するようになっている。

静翼４０は、軸体３０を囲繞するように放射状に複数配置されて環状静翼群を構成しており、それぞれ仕切板外輪１１に保持されている。これら静翼４０の径方向内側（先端側）には、軸体３０が挿通されたリング状のハブシュラウド４１で連結されている。
また、複数の静翼４０からなる環状静翼群は、回転軸方向に間隔をあけて６つ形成されている。環状静翼群は、蒸気Ｊの圧力エネルギーを速度エネルギーに変換し、下流側に隣接する動翼５０側に案内するようになっている。

動翼５０は、軸体３０が有するディスク３２の外周部に強固に取り付けられている。この動翼５０は、各環状静翼群の下流側において、放射状に複数配置されて環状動翼群を構成している。

これら環状静翼群と環状動翼群は、一組一段とされている。すなわち、蒸気タービン１は、６段に構成されている。このうち、最終段における動翼５０の先端部は、周方向に延びたチップシュラウド５１とされている。
ここで、本実施形態では、軸体３０、および仕切板外輪１１が本発明における「構造体」となっている。また、静翼４０、ハブシュラウド４１、チップシュラウド５１、および動翼５０が本発明における「ブレード」となっている。具体的には、静翼４０およびハブシュラウド４１を「ブレード」とした場合は軸体３０を「構造体」とし、一方、動翼５０およびチップシュラウド５１を「ブレード」とした場合は仕切板外輪１１を「構造体」とする。

図２は、図１のＡ部拡大図である。
図２に示すように、軸体（構造体）３０には、静翼（ブレード）４０に対応する部位に環状溝３３が形成されており、この環状溝３３に静翼４０の先端部となるハブシュラウド（ブレード）４１が臨まされた状態になっている。この環状溝３３によって、環状溝３３の底面３３ａとハブシュラウド４１との間に、軸体３０における径方向の隙間Ｓ１が形成される。環状溝３３は、この底面３３ａが軸方向において略同径となるように形成されている。

一方、ハブシュラウド４１の先端（図２における下側、ハブシュラウドの半径方向内側面）には、３つのシールフィン１５（１５ａ，１５ｂ，１５ｃ）が径方向に沿って、かつ環状溝３３の底面３３ａに向かって隙間Ｓ１を遮るように立設されている。３つのシールフィン１５は、それぞれハブシュラウド４１の上流側端面端４１ａ側（図２における左側）に配置された第１シールフィン（上流端側シールフィン）１５ａと、ハブシュラウド４１の軸方向略中央に配置された第２シールフィン１５ｂと、この第２シールフィン１５ｂよりも後流側（図２における右側）に配置された第３シールフィン１５ｃとにより構成されている。

各シールフィン１５（１５ａ〜１５ｃ）は略同一長さに設定されており、それぞれの先端部と環状溝３３の底面３３ａとの間には、略同一寸法に設定された微小隙間Ｈ（Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３）が形成されている。
微小隙間Ｈ（Ｈ１〜Ｈ３）は、軸体３０や静翼４０の熱伸び量、軸体３０の遠心伸び量等を考慮した上で、両者が接触することがない安全な範囲内で、最小のものに設定されている。

なお、本実施形態では、各シールフィン１５ａ〜１５ｃの先端部と環状溝３３の底面３３ａとの間の微小隙間Ｈが同一となるように設定されている場合について説明したが、これに限られるものではなく、必要に応じて各シールフィン１５ａ〜１５ｃの先端部と環状溝３３の底面３３ａとの間の微小隙間Ｈを各々変更してもよい。

このような構成のもと、軸体３０とハブシュラウド４１との間には、環状溝３３内において、キャビティＣ（Ｃ１〜Ｃ３）が形成されている。キャビティＣ（Ｃ１〜Ｃ３）は、それぞれ上流側から順に環状溝３３の上流側の内側面３３ｂと、第１シールフィン１５ａとの間に形成された第１キャビティＣ１、第１シールフィン１５ａと、第２シールフィン１５ｂとの間に形成された第２キャビティＣ２、第２シールフィン１５ｂと、第３シールフィン１５ｃとの間に形成された第３キャビティＣ３とにより構成されている。

ここで、第１シールフィン１５ａは、ハブシュラウド４１の上流側端面４１ａと略面一となるように配置されている。このように配置することにより、第１シールフィン１５ａと環状溝３３の底面３３ａとの間に形成された微小隙間Ｈを通過する蒸気Ｊの漏れ流れを低減する縮流効果を奏することができるようになっている。より詳しく以下に説明する。

（作用）
図３は、シールフィン１５の作用説明図である。
ここで、第１シールフィン１５ａの縮流効果について説明する前に、図１に基づいて蒸気タービン１の動作について説明する。
まず、調整弁２０を開状態とすると、図示しないボイラから蒸気Ｊがケーシング１０の内部空間に流入する。

ケーシング１０の内部空間に流入した蒸気Ｊは、各段における環状静翼群と環状動翼群とを順次通過する。この際、圧力エネルギーが静翼４０によって速度エネルギーに変換され、静翼４０を経た蒸気Ｊのうちの大部分が同一の段を構成する動翼５０間に流入し、動翼５０により蒸気Ｊの速度エネルギーが回転エネルギーに変換される。すると、軸体３０に回転が付与される。
一方、蒸気Ｊのうちの一部（例えば、数％）は、静翼４０のハブシュラウド４１が臨まされている環状溝３３内に流入する。この環状溝３３内に流入される蒸気Ｊが所謂漏洩蒸気となる。

図３に示すように、環状溝３３内に流入した蒸気Ｊの一部は、まず第１キャビティＣ１内に流入し、ハブシュラウド４１の上流側端面４１ａに衝突する。そして、蒸気Ｊは、第１シールフィン１５ａに沿うように、環状溝３３の底面３３ａに向かって流れる。さらにこの後、上流側に戻るように流れ、図３における時計回りに回転する主渦（第１主渦）Ｙ１を形成する。

すなわち、主渦Ｙ１が形成されると、第１シールフィン１５ａの上流側において、速度ベクトルが径方向内側に向いた流れ（ダウンフロー）が生じる。このダウンフローは、第１シールフィン１５ａと、環状溝３３の底面３３ａとの間に形成されている微小隙間Ｈ１の直前で径方向内側に向う慣性力を保有している。このため、微小隙間Ｈ１を通過する漏れ流れに対し、径方向内側に縮める効果（縮流効果）を奏する。よって、蒸気Ｊの漏洩流量が低減される。

ここで、第１シールフィン１５ａをハブシュラウド４１の上流側端面４１ａと略面一となるように配置するのは、第１シールフィン１５ａをハブシュラウド４１の上流側端面４１ａから所定距離以上離反させた状態で配置すると（図３における２点鎖線参照）、ハブシュラウド４１の上流側端面４１ａのエッジ部４１ｂにおいて、主渦Ｙ１から一部の流れが剥離し、この主渦Ｙ１の回転方向とは反対方向（図３における反時計回り）に回転する剥離渦Ｙ２（図３における２点鎖線で示す）が生じてしまうからである。

剥離渦Ｙ２の回転方向は、主渦Ｙ１の回転方向とが反対なので、剥離渦Ｙ２が生じると第１シールフィン１５ａの上流側において、速度ベクトルが径方向外側に向いたアップフローが生じてしまう。アップフローが生じることにより、微小隙間Ｈ１を通過する流れに対し、縮流効果を奏し得なくなる。
すなわち、第１シールフィン１５ａの位置は、ハブシュラウド４１の上流側端面４１ａと略面一になる位置に限られるものではなく、第１シールフィン１５ａの上流側において、この第１シールフィン１５ａの先端から環状溝３３の底面３３ａに向かう流れが生じる位置に配置されていればよいことになる。

そこで、縮流効果を十分に得られる条件が存在するとの知見のもとに、本願発明者は以下のシミュレーションを行った結果、図４に示すように、ハブシュラウド４１の上流側端面４１ａと第１シールフィン１５ａ（厳密に言えば、第１シールフィン１５ａの上流側端面、以下、同じ）との間の軸体３０における軸方向距離をＬとし、ハブシュラウド４１の上流側端面４１ａと環状溝３３の軸方向上流側に位置する内側面３３ｂとの間の軸体３０における軸方向距離をＢｕとしたとき、第１シールフィン１５ａを、
Ｌ／Ｂｕ≦０．１・・・（１）
を満たすように配置することにより、第１シールフィン１５ａの上流側において、この第１シールフィン１５ａの先端から環状溝３３の底面３３ａに向かう流れが生じるようにしている。

（シミュレーション）
ここで、図４に示した距離Ｌ，Ｂｕの相互関係における条件と、漏洩流量（リーク流量）の低減率（％）との関係について、シミュレーションを行った結果について説明する。
図５は、縦軸をリーク流量の低減率（％）とし、横軸をＬ／Ｂｕとした場合のリーク流量の低減率の変化を示すグラフである。
同図に示すように、
Ｌ／Ｂｕ＝０
つまり、第１シールフィン１５ａをハブシュラウド４１の上流側端面４１ａと面一となるように配置する場合、リーク流量の低減率が最大となることが確認できる。この低減率は、Ｌ／Ｂｕ＝０．１の場合は最大時（Ｌ／Ｂｕ＝０時）の約８０％、Ｌ／Ｂｕ＝０．１５の場合は最大時の約５０％、Ｌ／Ｂｕ＝０．２の場合は最大時の約２０％となる。

すなわち、Ｌ／Ｂｕの値が０．１を超えると急激にリーク流量の低減効果が減少し、効果的な漏洩流量の低減化を図りにくいことが確認できる。また、
Ｌ／Ｂｕ＝０．３
の場合、ほぼ微小隙間Ｈ１を通過する流れに対し、縮流効果を奏し得なくなることが確認できる。

したがって、上述の第一実施形態によれば、第１シールフィン１５ａを、式（１）を満たすように配置することにより漏洩流量を効果的に低減させることができ、タービン効率を向上させることができる。
また、第１シールフィン１５ａをハブシュラウド４１の上流側端面４１ａと略面一となるように配置することにより、主渦Ｙ１を効率よく利用して微小隙間Ｈ１に第１シールフィン１５ａの先端から環状溝３３の底面３３ａに向かう流れを生じさせることができる。このため、より確実に漏洩流量を低減することが可能になる。

さらに、構造体としての軸体３０ではなく、ブレードとしてのハブシュラウド４１にシールフィン１５（１５ａ〜１５ｃ）を設けることにより、軸体３０や静翼４０の熱伸び量、軸体３０の遠心伸び量等によってハブシュラウド４１の上流側端面４１ａと第１シールフィン１５ａとの相対位置関係が変化することを防止できる。このため、運転条件に応じて漏洩流量の低減効果が変化することがなく、安定した漏洩流量低減効果を奏することが可能になる。

（第二実施形態）
次に、この発明の第二実施形態を、図１を援用し、図６、図７に基づいて説明する。なお、第一実施形態と同一態様には、同一符号を付して説明する（以下の実施形態についても同様）。
図６は、第二実施形態を説明するための説明図であって、図２（図１のＡ部拡大図）に対応している。

この第二実施形態において、蒸気タービン１は、ケーシング１０と、ケーシング１０に流入する蒸気Ｊの量と圧力を調整する調整弁２０と、ケーシング１０の内方に回転自在に設けられ、動力を不図示の発電機等の機械に伝達する軸体（ロータ）３０と、ケーシング１０に保持された静翼４０と、軸体３０に設けられた動翼５０と、軸体３０を軸回りに回転可能に支持する軸受部６０と、を主たる構成としている点、静翼４０は、軸体３０を囲繞するように放射状に複数配置されて環状静翼群を構成しており、それぞれ仕切板外輪１１に保持されている点、これら静翼４０の径方向内側には、軸体３０が挿通されたリング状のハブシュラウド４１で連結されている点、動翼５０は、各環状静翼群の下流側において、放射状に複数配置されて環状動翼群を構成しており、その先端部は、周方向に延びたチップシュラウド５１とされている点、環状静翼群と環状動翼群とは、一組一段とされている点、軸体３０には、静翼４０に対応する部位に環状溝３３が形成され、ここにハブシュラウド４１が臨まされている点等の基本的構成は、前述した第一実施形態と同様である（以下の実施形態についても同様）。

ここで、第二実施形態と第一実施形態との相違点は、第一実施形態の環状溝３３の底面３３ａが軸方向において略同径となるように形成されているのに対し、第二実施形態の環状溝３３の底面３３ａには、第１キャビティＣ１に対応する部位に、小環状溝３４が形成されている点にある。

すなわち、ハブシュラウド４１の先端には、３つのシールフィン１５（１５ａ，１５ｂ，１５ｃ）が径方向に沿って、かつ環状溝３３の底面３３ａに向かって隙間Ｓ１を遮るように立設されている。第１シールフィン１５ａは、式（１）を満たすように、望ましくは、ハブシュラウド４１の上流側端面４１ａと面一となるように配置されている。
そして、第１シールフィン１５ａの上流側に形成されている第１キャビティＣ１に対応する底面３３ａに小環状溝３４が形成されている。また、小環状溝３４は、この軸方向下流側に位置する内側面３４ｂが第１シールフィン１５ａと略面一になるように形成されている。

（作用）
次に、第二実施形態の作用について説明する。
上述のような構成のもと、環状溝３３内に流入した蒸気Ｊの一部は、ハブシュラウド４１の上流側端面４１ａに衝突し、第１シールフィン１５ａに沿って、かつ小環状溝３４の底面３４ａに向かって流れる。さらにこの後、上流側に戻るように流れ、図６における時計回りに回転する主渦（第１主渦）Ｙ１’を形成する。

すなわち、主渦Ｙ１’は、第１シールフィン１５ａに沿いながら第１シールフィン１５ａの先端と環状溝３３の底面３３ａとの間に形成されている微小隙間Ｈ１の軸方向上流側近傍を通過して、さらに小環状溝３４の底面３４ａに向かって流れることになる。換言すれば、主渦Ｙ１’の旋回中心が第一実施形態における主渦Ｙ１よりも微小隙間Ｈ１に近づくので、この分主渦Ｙ１’の径方向速度の強い部分を利用して微小隙間Ｈ１に第１シールフィン１５ａの先端から環状溝３３の底面３３ａに向かう強い流れを生じさせることができる。

したがって、上述の第二実施形態によれば、前述の第一実施形態の効果と比較してさらに微小隙間Ｈ１を通過する漏れ流れに対し、径方向内側に縮める効果（縮流効果）を奏することができ、蒸気Ｊの漏洩流量を低減することができる。

図７は、ハブシュラウド４１の上流側端面４１ａと第１シールフィン１５ａとの間の軸方向距離をＬとし、ハブシュラウド４１の上流側端面４１ａと環状溝３３の軸方向上流側に位置する内側面３３ｂとの間の軸方向距離をＢｕとした場合において（図４参照）、縦軸をリーク流量の低減率（％）とし、横軸をＬ／Ｂｕとした場合のこの第二実施形態のリーク流量の低減率の変化を示すグラフである。
同図に示すように、リーク流量の低減率が第一実施形態のリーク流量の低減率（図５、および、図７の破線部参照）と比較して向上していることが確認できる。また、Ｌ／Ｂｕの値が０．１を超えると急激にリーク流量の低減効果が減少し、効果的な漏洩流量の低減化を図りにくいことが確認できる。

なお、上述の第二実施形態では、小環状溝３４は、この軸方向下流側に位置する内側面３４ｂが第１シールフィン１５ａと略面一になるように形成されている場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、小環状溝３４のエッジ部３４ｃに主渦Ｙ１’から剥離した剥離渦が形成されない範囲で小環状溝３４の内側面３４ｂと第１シールフィン１５ａとの相対位置がずれてもよい。このような場合であっても上述の第二実施形態と同様の効果を奏することができる。

また、蒸気タービン１の停止時に小環状溝３４の軸方向下流側に位置する内側面３４ｂと第１シールフィン１５ａとの相対位置関係が満足されていても運転時に満足していないと意図する効果を奏することが困難になる。このため、運転時に小環状溝３４の内側面３４ｂと第１シールフィン１５ａとの相対位置関係を満足させることが望ましく、更に定格時に満足させることが最適である。

（第三実施形態）
次に、この発明の第三実施形態を図８に基づいて説明する。
図８は、第三実施形態を説明するための説明図であって、図２（図１のＡ部拡大図）に対応している。
ここで、第三実施形態と第二実施形態との相違点は、第二実施形態の環状溝３３には、第１キャビティＣ１に対応する部位に小環状溝３４が形成されているのみであるのに対し、第三実施形態の環状溝３３には、小環状溝３４に加え、ステップ部３５が設けられている点にある。

ステップ部３５は、環状溝３３における底面３３ａの第２キャビティＣ２に対応する位置であって、かつ上流側、つまり、第１シールフィン１５ａ寄りに突設された凸部３６を有している。この凸部３６によって、環状溝３３の底面３３ａは、ハブシュラウド４１の上流側端面４１ａから後流側に向かって１段高さが低くなるステップ部３５が形成される。

また、凸部３６は、この後流側の側面３６ａ、および下流側のエッジ部３６ｃが、隣接する第１シールフィン１５ａと第２シールフィン１５ｂとの間に、望ましくは、第２キャビティＣ２の軸方向略中央に位置するように形成されている。
すなわち、ハブシュラウド４１に立設されている３つのシールフィン１５（１５ａ〜１５ｃ）のうち、第２シールフィン１５ｂ、および第３シールフィン１５ｃは、これらの先端と第１段差面３７との間に微小隙間Ｈ２，Ｈ３を形成するように延出されている。

（作用）
次に、第三実施形態の作用について説明する。
上述のような構成のもと、環状溝３３内に流入した蒸気Ｊの一部は、ハブシュラウド４１の上流側端面４１ａに衝突し、第１シールフィン１５ａに沿って、かつ小環状溝３４の底面３４ａに向かって流れる。さらにこの後、上流側に戻るように流れ、図６における時計回りに回転する主渦Ｙ１’を形成する。

また、第１シールフィン１５ａと凸部３６の径方向外方側に位置する上面３６ｂとの間に形成された微小隙間Ｈ１を通過した漏れ流れは、第２シールフィン１５ｂに衝突する。そして、上流側に戻るように流れ、第２キャビティＣ２内において、図７における反時計回りに回転する主渦（第２主渦）Ｙ３を形成する。
ここで、第２キャビティＣ２には、ステップ部３５（凸部３６）が形成されているので、凸部３６の後流側のエッジ部３６ｃにおいて、主渦Ｙ３から一部の流れが剥離し、この主渦Ｙ３の回転方向とは反対方向（図７における時計回り）に回転する剥離渦Ｙ４が形成される。

剥離渦Ｙ４が形成されると、第２シールフィン１５ｂの上流側において、速度ベクトルが径方向内側に向いたダウンフローが生じる。このダウンフローは、第２シールフィン１５ｂと第１段差面３７との間に形成されている微小隙間Ｈ２の直前で径方向内側に向う慣性力を保有しているため、微小隙間Ｈ２を通過する漏れ流れに対し、径方向内側に縮める効果（縮流効果）を奏する。

したがって、上述の第三実施形態によれば、上述の第二実施形態と比較して、さらに漏洩流量を低減することができる。
なお、第１段差面３７に、小環状溝（図８における２点鎖線参照）を形成してもよい。この場合、小環状溝の軸方向下流側に位置する内側面を第２シールフィン１５ｂと略面一になるように形成することが望ましい。これにより、さらに漏洩流量を低減することが可能になる。

（第四実施形態）
次に、この発明の第四実施形態を図９に基づいて説明する。
図９は、第四実施形態を説明するための説明図であって、図２（図１のＡ部拡大図）に対応している。
ここで、第四実施形態と第三実施形態との相違点は、第三実施形態の環状溝３３には、１段のステップ部３５が形成されているのに対し、第四実施形態の環状溝３３には、２段のステップ部３８が形成されている点にある。

すなわち、第四実施形態の環状溝３３には、段差面３７の下流側に、さらに１段下がった第２段差面３９が形成されている。また、第２段差面３９は、段差面３７の下流側のエッジ部３７ａが、隣接する第２シールフィン１５ｂと第３シールフィン１５ｃとの間に、望ましくは、第３キャビティＣ３の軸方向略中央に位置するように形成されている。
さらに、ハブシュラウド４１に立設されている３つのシールフィン１５（１５ａ〜１５ｃ）は、これらの先端と、それぞれ対応する凸部３６、第１段差面３７、および第２段差面３９との間に微小隙間Ｈ（Ｈ１〜Ｈ３）を形成するように延出されている。

（作用）
このような構成のもと、第３キャビティＣ３には、微小隙間Ｈ２を通過した流れにより形成され、図９における反時計回りに回る主渦Ｙ５と、第１段差面３７の下流側のエッジ部３７ａにおいて、主渦Ｙ５から一部の流れが剥離し、この主渦Ｙ５の回転方向とは反対方向（図９における時計回り）に回転する剥離渦Ｙ６が形成される。

したがって、上述の第四実施形態によれば、上述の第三実施形態と比較して、さらに漏洩流量を低減することができる。
なお、第１段差面３７、および第２段差面３９に小環状溝（図９における２点鎖線参照）を形成してもよい。この場合、小環状溝の軸方向下流側に位置する内側面をそれぞれ第２シールフィン１５ｂ、および第３シールフィン１５ｃと略面一になるように形成することが望ましい。これにより、さらに漏洩流量を低減することが可能になる。

（第五実施形態）
次に、この発明の第五実施形態を図１を援用し、図１０に基づいて説明する。
図１０は、図１のＢ部拡大図である。
ここで、第五実施形態と第一実施形態の相違点は、第一実施形態がハブシュラウド４１にシールフィン１５を設けているのに対し、第五実施形態がチップシュラウド５１にシールフィン１１５を設けている点にある。

同図に示すように、仕切板外輪（構造体）１１には、動翼（ブレード）５０に対応する部位に環状溝１２が形成されており、この環状溝１２に動翼５０の先端部となるチップシュラウド（ブレード）５１が望まされた状態になっている。この環状溝１２によって、環状溝１２の底面１２ａとチップシュラウド５１との間に軸体３０における径方向の隙間Ｓ２が形成される。環状溝１２は、この底面１２ａが軸方向において略同径となるように形成されている。

一方、チップシュラウド５１の先端には、３つのシールフィン１１５（１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃ）が径方向に沿って、かつ環状溝１２の底面１２ａに向かって隙間Ｓ２を遮るように立設されている。３つのシールフィン１１５は、それぞれチップシュラウド５１の上流側端面５１ａ側（図１０における左側）に配置された第１シールフィン（上流端側シールフィン）１１５ａと、チップシュラウド５１の軸方向略中央に配置された第２シールフィン１１５ｂと、この第２シールフィン１１５ｂよりも後流側（図１０における右側）に配置された第３シールフィン１１５ｃとにより構成されている。

各シールフィン１１５（１１５ａ〜１１５ｃ）は略同一長さに設定されており、それぞれの先端部と環状溝１２との間には、略同一寸法に設定された径方向の微小隙間Ｈ（Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３）が形成されている。

このような構成のもと、仕切板外輪１１とチップシュラウド５１との間には、環状溝１２内において、キャビティＣ（Ｃ４〜Ｃ６）が形成されている。キャビティＣ（Ｃ４〜Ｃ６）は、それぞれ上流側から順に環状溝１２の軸方向上流側に位置する内側面１２ｂと、第１シールフィン１１５ａとの間に形成された第１キャビティＣ４、第１シールフィン１１５ａと、第２シールフィン１１５ｂとの間に形成された第２キャビティＣ５、第２シールフィン１１５ｂと、第３シールフィン１１５ｃとの間に形成された第３キャビティＣ６とにより構成されている。
ここで、第１シールフィン１１５ａは、チップシュラウド５１の上流側端面５１ａと略面一となるように配置されている。

（作用）
次に、この第五実施形態の作用について説明する。
蒸気タービン１を運転すると、蒸気Ｊのうちの一部（例えば、数％）が動翼５０のチップシュラウド５１が臨まされている環状溝１２内に流入する。環状溝１２内に流入した蒸気Ｊの一部は、まず第１キャビティＣ４内に流入し、チップシュラウド５１の上流側端面５１ａに衝突する。そして、蒸気Ｊは、第１シールフィン１１５ａに沿うように、環状溝１２の底面１２ａに向かって流れる。さらにこの後、上流側に戻るように流れ、図１０における反時計回りに回転する主渦Ｙ７を形成する。

すなわち、主渦Ｙ７が形成されると、第１シールフィン１１５ａの上流側において、速度ベクトルが径方向外側に向いた流れが生じる。この流れは、第１シールフィン１１５ａと環状溝１２の底面１２ａとの間に形成されている微小隙間Ｈ１の直前で径方向外側に向う慣性力を保有している。このため、微小隙間Ｈ１を通過する漏れ流れに対し、径方向外側に縮める効果（縮流効果）を奏する。よって、蒸気Ｊの漏洩流量が低減される。
したがって、上述の第五実施形態によれば、前述の第一実施形態と同様の効果を奏することができる。

なお、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述の実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
例えば、上述の第五実施形態に、前述の第二実施形態、第三実施形態、および第四実施形態にて詳述した小環状溝３４やステップ部３５，３８を適用することも可能である。

また、上述の第一実施形態から第四実施形態では、ハブシュラウド４１に３つのシールフィン１５ａ〜１５ｃが設けられ、第五実施形態では、チップシュラウド５１に３つのシールフィン１１５ａ〜１１５ｃが設けられている場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、ハブシュラウド４１、およびチップシュラウド５１に、それぞれ任意の個数のシールフィン１５，１１５を設けることが可能である。

さらに、上述の実施形態では、最終段の静翼４０や動翼５０に本発明を適用した場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、他の段の静翼４０や動翼５０に本発明を適用してもよい。

そして、上述の実施形態では、蒸気タービン１は復水式の蒸気タービンである場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、他の型式の蒸気タービン、例えば、二段抽気タービン、抽気タービン、混気タービン等のタービン型式に本発明を適用することも可能である。また、ガスタービンにも本発明を適用することができ、さらには、回転翼のある全てのものに本発明を適用することができる。

なお、上述の実施形態では、静翼４０の先端側にハブシュラウド４１が設けられていると共に、動翼５０の先端側にチップシュラウド５１が設けられている場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、ハブシュラウド４１、およびチップシュラウド５１を設けない場合であっても本発明を適用することができる。この場合、静翼４０、および動翼５０のみ本発明における「ブレード」となる。すなわち、静翼４０を「ブレード」とした場合は軸体３０を「構造体」とし、一方、動翼５０を「ブレード」とした場合は仕切板外輪１１を「構造体」とする。そして、静翼４０の先端にシールフィン１５を設け、および／または動翼５０の先端にシールフィン１１５を設ければよい。

１ 蒸気タービン
１１ 仕切板外輪（構造体）
１２，３３ 環状溝
１２ａ，３３ａ 底面
１２ｂ，３３ｂ 内側面
１５，１１５ シールフィン
１５ａ，１１５ａ 第１シールフィン（上流端側シールフィン）
１５ｂ，１１５ｂ 第２シールフィン
１５ｃ，１１５ｃ 第３シールフィン
３０ 軸体（構造体）
３４ 小環状溝
３５，３８ ステップ部
３６ 凸部
３６ｃ，３７ａ エッジ部
３７ 第１段差面（段差）
３９ 第２段差面（段差）
４０ 静翼（ブレード）
４１ ハブシュラウド（ブレード）
４１ａ，５１ａ 上流側端面（上流端）
５０ 動翼（ブレード）
５１ チップシュラウド（ブレード）
Ｈ（Ｈ１〜Ｈ３） 微小隙間
Ｓ１，Ｓ２ 隙間
Ｙ１，Ｙ１’，Ｙ３，Ｙ５，Ｙ７ 主渦
Ｙ２，Ｙ４，Ｙ６ 剥離渦

Claims (5)

1. ブレードと、
   前記ブレードの周囲を取り囲むように形成され、前記ブレードに対して相対回転する構造体とを備え、
   前記構造体の前記ブレードの先端に対応する位置に、前記ブレードの先端との間の隙間を確保する環状溝を形成すると共に、
   前記ブレードの先端に、少なくとも１つのシールフィンを前記環状溝の底面に向かって立設し、前記シールフィンの先端と前記環状溝の底面との間に径方向の微小隙間を形成したタービンであって、
   前記シールフィンのうち、前記ブレードの上流端側に配置された上流端側シールフィンと前記ブレードの上流端との間の軸方向距離をＬとし、前記ブレードの上流端と前記環状溝の上流側の内側面との間の軸方向距離をＢｕとしたとき、
   前記上流端側シールフィンは、
   Ｌ／Ｂｕ≦０．１・・（１）
   を満たすように配置されていることを特徴とするタービン。
2. 前記ブレードの上流端と面一になるように、前記上流端側シールフィンを配置したことを特徴とする請求項１に記載のタービン。
3. 前記環状溝には、前記ブレードの上流端に対応する位置に小環状溝が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のタービン。
4. 前記ブレードの先端には、前記シールフィンが複数設けられ、
   前記環状溝には、前記ブレードの上流端から下流側に向かってステップ部が設けられ、
   前記ステップ部は、
   少なくとも１つの段差により下流側に向かうに従って漸次高さが低くなるように形成されていると共に、前記段差に形成される下流側エッジ部が隣接するシールフィン間に位置するように形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載のタービン。
5. 前記環状溝には、前記上流端側シールフィンよりも下流側に位置するシールフィンのうち、少なくとも何れかのシールフィンに対応する位置に、前記小環状溝が形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項４の何れかに記載のタービン。

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